Neue Informationen nimmt der Körper durch die Sinnesorgane auf, das heißt über Augen, Ohren, Nase, Zunge, Haut und Gleichgewichtsorgan. Im sensorischen oder Ultrakurzzeit-Gedächtnis sind diese Informationen wenige Zehntelsekunden verfügbar, werden gesichtet, mit gespeicherten Informationen aus dem Langzeitgedächtnis verglichen und wieder vergessen.
Informationen, die für das Arbeits- oder Kurzzeitgedächtnis verfügbar sein sollen, müssen sprachlich oder nichtsprachlich, zum Beispiel durch räumliche Bezüge, enkodiert werden. Im Arbeitsgedächtnis sind sie einige Sekunden bis Minuten verfügbar. Die Aufnahmefähigkeit des Arbeitsgedächtnisses ist beschränkt auf 5-9 Informationseinheiten, sogenannte Chunks. Räumlich-visuelle und verbale Reize werden mit Informationen aus dem Langzeitgedächtnis abgeglichen, nicht benötigte Informationen werden vergessen, indem sie überschrieben werden.
Durch regelmäßiges Abrufen derselben Informationen bilden sich Gedächtnisspuren, sogenannte Engramme, die im Langzeitgedächtnis gespeichert werden und dauerhaft abrufbar sind. Im Langzeitgedächtnis werden neue Gedächtnisinhalte enkodiert, durch regelmäßiges Abrufen behalten und erinnert, das heißt reproduziert. Gedächtnisspuren können auch wieder zerfallen, Inhalte können sich auch gegenseitig stören, sodass sie nicht mehr erinnert werden können.
Neben der bewussten Wahrnehmung und Aufmerksamkeit spielen bei der Speicherung von Informationen auch Gefühle eine Rolle. Im Wissensgedächtnis, auch deklaratives Gedächtnis genannt, werden von der Person unabhängige Tatsachen, das sogenannte Weltwissen, und Ereignisse aus dem eigenen Erleben gespeichert und sind dem Bewusstsein zugänglich. Im Verhaltensgedächtnis, auch prozedurales Gedächtnis genannt, werden unbewusst ablaufende Verhaltensweisen wie zum Beispiel das Radfahren gespeichert.
Neurologische Prozesse, die das Gedächtnis ausmachen, sind nicht auf eine bestimmte Hirnstruktur begrenzt. Beteiligt sind die Großhirnrinde, Regionen unterhalb der Großhirnrinde, das Klein- und das Zwischenhirn sowie das limbische System. Durch Ausfallserscheinungen bei bestimmten Erkrankungen oder Schädigungen des Gehirns, zum Beispiel nach einem Schlaganfall, kann man jedoch Rückschlüsse ziehen auf die Funktion der geschädigten Gehirnbereiche. Die Speicherung von Gedächtnisinhalten ist biochemisch nachweisbar durch Veränderungen an den Verbindungen von Nervenzellen. Diese Verbindungen sind flexibel, können verstärkt werden oder verloren gehen. Dies bezeichnet man auch als Plastizität des Gehirns. Eine wichtige Funktion haben dabei die Neurotransmitter.
Erkrankungen, die das Gedächtnis betreffen, sind unter anderen Amnesie, zum Beispiel nach einem Unfall, Demenz und Alzheimer-Krankheit.
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